提高在使用电池系统和破裂片时的安全性的方法和装置制造方法
【专利摘要】提高在使用电池系统和破裂片时的安全性的方法和装置。用于提高在使用破裂片（BV)时的安全性的方法，其中破裂片（BV)适于电池系统（B)的受控的排气，其中根据破裂片（BV)的面的至少一个位置的空间变化产生信号、尤其是报警信号。
【专利说明】提高在使用电池系统和破裂片时的安全性的方法和装置
【技术领域】
[0001] 本发明涉及根据独立权利要求前序部分的用于提高在使用电池系统和破裂片 (Berstscheibe)时的安全性的方法和装置。
【背景技术】
[0002] 由现有技术已知在使用电池系统和破裂片时的方法和装置。破裂片用于在其中出 现不希望的气体形成的电池系统的受控排气。用于提高破裂片的安全性的装置尤其是电系 统。
[0003] 因此DE6〇208563T2公开了一种用于监控减压装置、尤其是破裂片的方法,其中借 助在减压装置直接附近的电流回路可以根据由电流回路发送的电信号的变化确定减压装 置的变形或破裂。
【发明内容】
[0004] 本发明从用于提高在使用破裂片时的安全性的方法出发，其中破裂片适于电池系 统的受控排气。
[0005] 本发明涉及具有独立权利要求的特征性特征的方法和装置和电池系统。
[0006] 本发明的核心在于，根据破裂片的面的至少一个位置的空间变化产生信号、尤其 是报警信号。
[0007] 根据破裂片的面的至少一个位置的空间变化产生信号、尤其是报警信号的情况导 致如下优点：在电池系统内部的压力根据破裂片的面的至少一个位置的空间变化来确定。 此外，在破裂片破裂之前已经可以向处于电池系统的环境中的人员发出报警信号。及早的 并且在破裂片破裂之前发出的报警信号导致在包含损害的电池系统的环境中的人员的安 全性的提高。
[0008] 本发明的背景是，在电池系统内部的气体形成导致在电池系统内部的压力的上 升。该压力导致破裂片的塑性形变。从破裂片的确定的塑性形变起，出现破裂片的孔洞并 且于是出现形成的气体的排出。
[0009] 根据本发明此外提出一种电池系统、尤其是锂离子电池系统，其带有用于提高在 使用破裂片时的安全性的装置，其中破裂片适于电池系统的受控的排气。借助该装置可以 确定破裂片的面的至少一个位置的空间变化。
[0010] 本发明的另外的有利的实施方式是从属权利要求的主题。
[0011] 根据本发明的另外的有利的实施方式，破裂片的面的至少一个位置的空间变化通 过传播时间方法的途径来求得。
[0012] 所述传播时间方法是这样的方法，其中由发送器发送信号并且由空间中另外的点 反射该信号。最后，该信号由接收器接收。通过所测量的、该信号从发送器到达接收器总共 所需要的时间与信号传播的已知速度的关联,可以计算由该信号所经历的路程。
[0013] 在空间中的另外的点按照本发明是破裂片的面的至少一个位置。由于可能的气体 形成和与此联系的在电池系统内部的压力提高，出现破裂片的面的至少一个位置的空间变 化，因为破裂片的面通过在电池系统内部中形成的压力向外拱起。因为从破裂片的面的至 少一个位置至发送器和接收器的距离由于破裂片的面的至少一个位置的与发送器和接收 器相关的变化而发生改变，因此由该信号所经历的路程也变化。由于由该信号所经历的路 程的变化，最后信号传播的所测量的持续时间也变化。
[0014] 用于确定破裂片的面的至少一个位置的变化的传播时间方法的应用导致如下优 点：已经能够精确地确定破裂片的面的至少一个位置的非常小的空间变化并且由此已经能 够精确地确定破裂片的非常小的拱起。例如导致破裂片的面的位置的大约1 μ m至100mm 的变化的拱起可以被确定。尤其是，连续的气体形成的过程可以通过确定破裂片的小拱起 的途径来及早地证实。基于破裂片的面的至少一个位置的空间变化的确定，可以产生相应 的信号、尤其是报警信号。此外，必要时可以引入相应的用于防止另外的气体形成的应对措 施。
[0015] 按照本发明的另一有利的实施方式，为了执行传播时间方法，使用横向传播的尤 其是电磁波、或者纵向传播的尤其是机械波、尤其是超声波。
[0016] 根据本发明的另一有利的实施方式，为了测量超声波的传播时间而使用至少一个 压电元件作为超声波的发送器和/或接收器。
[0017] 使用压电元件作为超声波的发送器和/或接收器导致如下优点：可以利用压电元 件测量小的传播时间；传播时间例如可以为100微秒至1000微秒。这导致如下优点：也能 够确定在发送器和破裂片的面的至少一个位置之间的距离的小的变化并且由此已经能够 确定破裂片的外部拱起的小的变化。在发送器和破裂片的面的至少一个位置之间的距离的 示例性变化可以在1 μ m至100mm之间。
[0018] 按照本发明的另一实施方式，比较测量的传播时间与阈值并且在达到或小于阈值 之后产生报警信号。该阈值尤其是取决于破裂片和其材料特性和其几何结构本身。破裂片 的材料特性和几何结构决定其拱起特性和孔洞特性。
[0019] 按照本发明的下一优选实施方式，波传播速度与传播波的介质(在此通常是空气） 的温度有关的变化被检测并且被考虑。通过检测并且考虑波传播速度的与空气温度有关的 变化，可以提高传播时间的测量精度。为了确定空气温度必要时可以使用已经存在的温度 传感器。
[0020] 根据本发明的下一优选实施方式，电池系统的装置具有至少一个压电元件用于执 行传播时间方法。
[0021] 根据本发明的另一优选实施方式，构造用于从两个压电元件、尤其是两个压电膜 元件来确定传播时间的装置。在此，一个压电元件被构造为波发送器，并且另一个压电元件 被构造为波接收器。
[0022] 压电元件被构造为压电膜元件导致如下优点：可以连续地使用用于确定传播时间 的装置。静止时间和因此所需的发送器和接收器至破裂片的面的最小距离由此取消，其中 所述静止时间和所述最小距离在使用单个膜元件作为发送器和接收器的情况下是必然的。 [0023] 按照本发明的另一有利的实施方式，用于确定传播时间的装置安置在距离电池系 统的破裂片的短距离中或者在电池系统的排气通道的区域中。所述短距离例如可以是在 2cm至20cm之间的距离。将用于确定传播时间的装置安置在电池系统的排气通道的区域中 意味着，用于确定传播时间的装置尤其是安置在排气通道的内部，使得信号可以直接从发 送器发送到破裂片的面的位置并且从那里发射到接收器。
【专利附图】
【附图说明】
[0024]下面借助实施例阐述本发明，从实施例能够得到其他发明性特征，本发明在其范 围上不局限于此。该实施例在附图中示出。
[0025]图1示出本发明电池系统的示意性示图，该电池系统具有用于确定破裂片的面的 至少一个位置的空间变化的装置。
【具体实施方式】
[0026] 在图1中示意性示出电池系统B，其带有本发明的用于确定破裂片BV的面的至少 一个位置的变化的装置。破裂片BV用于电池系统B的受控的排气。
[0027]用A表示电池系统B的阳极，用K表示电池系统B的阴极。用EK表示电池系统B 的排气通道；对于气体通过破裂片BV出去的情况，气体可以经由排气通道EK被受控导出并 且从电池系统B被引导离开。
[0028] 根据所描述的实施例，用于确定破裂片BV的面的至少一个位置的变化的装置由 四个部件组成：用S表示发送器；该发送器用于发送波W。所述波W可以是横向波、尤其是 电磁波，或者是纵向波、尤其是机械波。按照本发明，尤其是设置超声波。波W投射到破裂 片BV的面的未示出的位置上并且从那里被反射。反射的波RW由用E表示的接收器接收。 [0029]用L表示线路，利用所述线路将信息从发送器S和接收器E传送给用AW表示的分 析单元。所述信息尤其是波W从发送器S发送的时刻tl，以及是反射的波RW被接收器E接 收的时刻t2。借助分析单元AW可以根据两个时刻tl和t2的差来确定波W至破裂片BV的 面的至少一个位置并且从那里以反射的波RW的形式至接收器E所需的持续时间。
[0030] 在W和RW的传播速度已知的情况下因此可以求得由W和RW所经历的路程。为了 考虑波W和RW的传播速度的与温度有关的变化，尤其是可以采用关于通过其传播波W和RW 的介质的温度的信息；所述介质通常是空气。为了确定介质的温度，可以使用未示出的以及 必要时已经存在的温度传感器。
[0031] 为了确定在电池系统B内部是否出现气体形成，如下地进行：波W被发送器S向破 裂片BV的面发送，在那里被反射并且以波RW的形式被接收器E接收，波RW从反射的位置 向接收器运动。在其间波W被发送器S发送的时间间隔例如是10微秒至1〇〇〇微秒。波W 和RW从发送器S到达接收器E所需的持续时间借助分析单元AW确定并且与阈值比较。对 于至少一个持续时间达到阈值或者低于阈值的情况，可以产生报警信号。此外，可以引入用 于防止电池系统B的损坏的方法步骤。
【权利要求】
1. 用于提高在使用破裂片（BV)时的安全性的方法，其中破裂片（BV)适于电池系统（B) 的受控的排气，其特征在于，根据破裂片（BV)的至少一个位置的空间变化产生信号、尤其是 报警信号。
2. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，破裂片（BV)的面的至少一个位置的变化 通过传播时间方法的途径来求得。
3. 根据权利要求2所述的方法，其特征在于，为了执行所述传播时间方法，使用横向传 播的尤其是电磁波、或者纵向传播的尤其是机械波（W，RW)、尤其是超声波。
4. 根据权利要求3所述的方法，其特征在于，对于机械波（W，RW)是超声波的情况，为了 测量超声波的传播时间使用至少一个压电元件作为超声波的发送器（S)和/或接收器（E)。
5. 根据权利要求3至4之一所述的方法，其特征在于，检测并且考虑波（W，RW)的传播 速度与空气温度有关的变化。
6. 根据权利要求2至5之一所述的方法，其特征在于，比较传播时间与阈值并且在达到 或低于阈值的情况下产生报警信号。
7. 电池系统（B)，尤其是锂离子电池系统（B)，带有用于提高在使用破裂片（BV)时的 安全性的装置，其中破裂片（BV)适于电池系统（B)的受控的排气，其特征在于，该用于提高 在使用破裂片（BV)时的安全性的装置用于确定破裂片（BV)的面的至少一个位置的空间变 化。
8·根据权利要求7所述的电池系统（B)，其特征在于，该装置具有至少一个用于执行传 播时间方法的压电元件（S，E)。
9·根据权利要求8所述的电池系统(B)，其特征在于，该装置由两个压电元件（S， E)、尤 其是两个压电膜元件组成，其中一个压电元件被构造为波（W，RW)、尤其是超声波的发送器 (S)，并且另一个压电元件（S，E)被构造为波（W，RW)、尤其是超声波的接收器（E)。
10.根据权利要求7至9之一所述的电池系统（B)，其特征在于，该装置安置在距离电 池系统（B)的破裂片（BV)的短距离中或者在电池系统（B)的排气通道（Εκ)的区域中。
【文档编号】G08B21/02GK104218204SQ201410236548
【公开日】2014年12月17日 申请日期:2014年5月30日 优先权日:2013年5月31日
【发明者】H.帕特斯, M.哈尔德, H.芬克, J.费策尔 申请人:罗伯特·博世有限公司